EP1537428B1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung von bürstenfeuer und funkenerosion an elektrischen maschinen - Google Patents

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EP1537428B1
EP1537428B1 EP03795027A EP03795027A EP1537428B1 EP 1537428 B1 EP1537428 B1 EP 1537428B1 EP 03795027 A EP03795027 A EP 03795027A EP 03795027 A EP03795027 A EP 03795027A EP 1537428 B1 EP1537428 B1 EP 1537428B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
resistor
voltage
analysis unit
spark
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03795027A
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English (en)
French (fr)
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EP1537428A2 (de
Inventor
Max Hobelsberger
Ingo Kirchhoff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1537428A2 publication Critical patent/EP1537428A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1537428B1 publication Critical patent/EP1537428B1/de
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G01R31/1227—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing of components, parts or materials

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for detecting spark activity of an electric machine, in particular brush fire, and e.g. spark erosion occurring on slip rings, and / or spark flashovers between parts of the shaft bearings, e.g. about wave erosion sparks.
  • Spark activity on electrical machines e.g. In the form of brush fire on generators with slip rings, over which the excitation current is passed, or in the form of flashover between parts of the shaft bearing occurs, is usually extremely critical, since there is a risk of spark erosion. Such sparking leads to a rapid wear of slip rings and thus to a possible early failure of the contacts and thus the exciter field and so the entire electrical machine. Spark erosion on the shaft bearings leads to damage to the bearings and the associated problems of smoothness and wear. Accordingly, there is a great need to monitor spark activity on electrical machines respectively to recognize in time to intervene quickly in the event of harmful such activity, respectively, if necessary, with the help of long-term monitoring before the occurrence of harmful sparks activity to take appropriate steps.
  • the signals for monitoring are picked up directly on the brushes.
  • the main purpose of these writings is to distinguish the (Nutz) signal caused by brush fire from (interfering) signals.
  • these fonts must be provided according to specific tapping points on the brushes.
  • the interference signals are interference signals which originate from the static excitation device and which occur in a similar frequency range as the useful signals.
  • a so-called “gating” method is used, ie a method in which the specifically detectable and periodically occurring deflections of the interference signal (spikes) are used to keep the interference signal from being detected (blanking), respectively to open the actual observation window only after a certain time after the occurrence of the interference signal (to prevent detection of the ringing associated with the interference signals, also referred to as "ringing").
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a method respectively a device for detecting the spark activity of an electric machine available, which has a high sensitivity and is structurally simple and cheap to implement.
  • wave voltages and wave currents can occur on the generator shaft of a generator, which is usually part of a turbo group, whose frequency spectrum ranges from direct current up to frequencies which coincide with the rotation frequency of the generator but also with the frequencies of a static excitation system of the generator related.
  • the shaft voltages or shaft currents can capacitively couple the shaft voltages into the generator shaft, or due to magnetic remanences in the rotating shaft and ground residual magnetization (due to production) of the shaft come to a halt.
  • the shaft voltages and shaft currents are basically a hazard to various components of the generator and can lead to damage to the generator, if they are not reduced to a tolerable level.
  • special precautions have been taken at the generator shaft in the past, for example, by installing insulating sections on the non-drive side of the generator and connecting the generator shaft on the drive side to the earth potential via brushes. To relieve these brushes, it has also been proposed to couple the generator shaft on the non-drive side by means of a sliding contact via a capacitance AC voltage to the ground potential.
  • the shaft voltages and shaft currents can also be used to monitor the functional reliability and functionality of the shaft grounding.
  • the aforementioned document EP-A1-0 271 678 specifies a monitoring and evaluation circuit which creates a DC path on the non-drive side of the generator by connecting a resistor in parallel to the discharge capacitance and evaluates machine-typical frequency components in the currents flowing through this path.
  • the RC combination provides a reliable connection between shaft and ground potential, which reduces static charges as well as low frequency and higher frequency voltages to safe levels for the shaft bearings and limits any currents in the camps to safe levels. By inserting the parallel resistor you will even get a redundancy for the ohmic grounding on the drive side.
  • the core of the invention consists in the knowledge that the wave current or the wave voltage not only the above-mentioned information according to the EP-A1-0 271 678 about the functionality and reliability of the shaft grounding or the information according to the also to be mentioned EP-A2-0 391 181 contains about Rotorwindungs Why, but that in these signals also contains information about the spark activity of the electric machine. Accordingly, it is possible to dispense with the devices that are customarily provided for the measurement of such sparks activity, and wave voltage or wave current with the possibly existing devices for grounding, to monitor the functioning or the rotor winding closures to measure and to make conclusions about the sparks activities of the machine from the data obtained thereby.
  • the measurement of wave current and / or wave voltage is a sensitive and for long-term observations very suitable method for detecting such sparks activities.
  • the spark activity is brush fire, i. sparks at the slip rings, and / or arcing between parts of the shaft bearings, especially wave erosion sparks.
  • the spark activity is brush fire, i. sparks at the slip rings, and / or arcing between parts of the shaft bearings, especially wave erosion sparks.
  • the signal is measured and recorded as a function of time, and analyzed as a function of time.
  • the measurement of shaft voltage and / or wave current is such that at a first point of the shaft, a low-impedance ground is provided, and that at a second location of the shaft, a high-impedance RC module is provided, via which RC module Wave voltage and / or wave current tapped and analyzed in an analysis unit.
  • the shaft voltage and / or the wave current are tapped above the low-impedance ground and in the analysis unit to be analyzed.
  • the signals due to spark activity are mostly signals in the frequency range above at least 500 kHz, usually even above 700 kHz or even above 1 MHz, further signals not associated with spark activity can be eliminated by the or, if appropriate, the several, the analysis unit supplied signals before the analysis by a signal filter (high-pass filter) are passed.
  • This filter is preferably an adjustable, steep-band bandpass filter, which particularly preferably has a passband of about 500 kHz width and whose center frequency can be tuned to about 500 kHz to 50 MHz.
  • the resulting signal (voltage or current) is preferably examined with respect to frequency modulations and / or amplitude modulations contained therein.
  • the signal is considered after demodulation respectively downmixing of the signal with a carrier frequency, in relation to the network period or rotationally synchronous with the wave (phase-resolved measurement). In this way, rotationally synchronized chatter marks of the exciter brush bridge or streak locations can be detected.
  • the measurement of shaft voltage or wave current is coordinated with a measurement of partial discharges at the phase terminals.
  • This allows a holistic analysis of the situation with respect to spark activity, in particular simplifying the location of the spark activity.
  • the causal relationship between the activity on the phase terminals and the spark activity can thus be easily established, and it is possible to distinguish pulses of partial discharges in the stator winding from spark activities on the shaft, or to supplement the partial discharge measurement.
  • the signal is sampled and digitized after passing a high-pass filter as mentioned above. Subsequently, either the time signal, if appropriate after adapted gating for suppression of interference signals, is analyzed for peaks characteristic of spark activity, or sections are Fourier-transformed in each case by the signal and analyzed corresponding characteristic features in the frequency spectrum.
  • the interference signals are thyristor pulses as a result of the rectification of the excitation voltage of the generator, which can likewise occur in the high-frequency range, and which, in particular, can also lead to annoying ringing.
  • the present invention also relates to an apparatus for carrying out a method as described above.
  • the device is characterized in particular in that the shaft voltage is picked off via a sliding contact, preferably via the existing grounding device (s).
  • the high-frequency component of the signal is decoupled by means of coupling impedances and further processed.
  • a low-impedance grounding of the shaft is provided at a first location of the shaft, and a high-impedance RC module is provided at a second location of the shaft.
  • Wave voltage and / or wave current are tapped off via the RC module and analyzed in an analysis unit for components that are characteristic of spark activity of the wave.
  • the low-impedance grounding has a low-resistance to the contact device to the shaft and a high-resistance to ground, wherein a fuse is arranged parallel to the high-resistance resistor.
  • the shaft voltage and / or the ripple current are tapped above the low-impedance ground and analyzed in the analysis unit.
  • the analysis unit may also preferably have a high pass filter through which the signal or, if appropriate, the plurality of signals supplied to the analysis unit are passed before analysis.
  • the characteristic of the high-pass filter should be adjustable and be steep flanked, with a passband with an adjustable lower limit of 20 kHz to 1 MHz or up to 5 MHz, and an upper limit in the range of 40 MHz should be particularly preferred (eg bandpass with about 300 kHz bandwidth, tunable).
  • the RC module has a fuse to the contact device to the shaft and the ground via one or more parallel capacitors and in parallel via a resistor, optionally between Ground and capacitance or resistance, a shunt resistance (resistance) is arranged, and wherein the shaft voltage across the one or more capacitance and the wave current across the measuring resistor are tapped.
  • the measured wave voltage or the measured wave current is preferably detected as a function of time and fed to an analysis device, wherein the analysis device comprises means for digitizing the signal (voltage, current), means for Fourier transformation of this digitized signal, and means for spectral representation of the transformed data , wherein particularly preferably additionally numerically determined according to certain criteria, the presence, type and intensity of spark activity is automatically determined and simplified.
  • the criteria are characteristic signals in the time domain or characteristic spectral properties of the individual activities.
  • FIGURE shows a schematic representation of a device for measuring shaft voltage U s (t) or wave current I s (t) as a function of time (t).
  • the figure shows a schematic representation of a gas turbine plant, in which two turbines 1 are arranged on the two sides of a generator 4, wherein the two turbines 1 as well as the generator 4 are arranged on a single common shaft 2.
  • the two turbines are to be understood as exemplary only, it is also possible that only one turbine is arranged.
  • the shaft 2 is mounted on at least two shaft bearings 3.
  • the oil films present in the bearings 3 isolate the shaft 2 from the bearings 3 in contact with the earth. However, this insulation frequently collapses at voltage peaks on the shaft 2, which can lead to problems with electrical erosion.
  • the slip rings 20 are also on the shaft 2 and which the supply for the excitation coils is coupled.
  • the shaft voltages respectively wave currents occur, inter alia, due to magnetic asymmetries of the environment of the shaft 2, due to electrostatic charges of the shaft 2, due to external electric fields, the wave voltages capacitively coupled into the shaft 2, or due to magnetic remanences in the rotating shaft. 2 , as well as due to residual magnetization (due to manufacturing) of the shaft 2 to conditions.
  • the shaft voltages usually and hereinafter referred to as U s
  • wave currents usually and hereinafter as. I s
  • the shaft voltage or the wave current is used for the targeted analysis and detection of spark activities of the electric machine.
  • a low-resistance grounding 5 e.g. a so-called DE module (Driving End Module) connected to the shaft 2, which essentially ensures a secure grounding of the shaft 2 to the earth 8.
  • DE module Driving End Module
  • RC module 6 R for resistance, C for capacity
  • the DE module 5 is connected via a contact device 10 with the shaft 2.
  • the contact device 10 is preferably a Cu braid which is in electrical contact with the shaft 2 in a sliding manner.
  • the DE module 5 is formed with low resistance to the earth 8 by first a low-resistance resistor 12 is connected between the contact device 10 and ground 8.
  • the resistor 12 has a value R in the range of 1 to 50 ohms.
  • the DE module 5 initially ensures a low-impedance grounding of the shaft 2.
  • a fuse 14 parallel to a second, high-resistance resistor 13 is arranged.
  • the fuse 14 is e.g. around a fuse type 2A / 250V slow, which can be easily replaced from the outside, and the resistor 13 has a value R in the range of 100 to 1000 ohms. Upon the occurrence of such peaks, the fuse 14 will disconnect accordingly, whereby now the high-resistance resistor 13 determines the total resistance between the shaft 2 and earth 8 crucial.
  • a capacitance 19 designed as a capacitor is arranged parallel to the resistor 13.
  • the RC module 6 is arranged on the other side of the generator 4, which has to the shaft 2 via a contact device 11, which in turn preferably in the form of a Cu braid which is in electrical contact with the shaft 2 is formed.
  • the RC module 6 has first to the shaft on a fuse 15, usually a fuse type 2A inert (here, the fuse is used to protect against high currents), and in series with a resistor 16, to which a parallel also designed as a capacitor Capacity 17 is arranged.
  • the resistor 16 arranged parallel to the capacitance 17 has a value R of in the range of 100 to 10,000 ohms.
  • Capacitance 17 typically has a value of C in the range of 1 to 30 ⁇ F.
  • shaft voltage U DE s (t) and I DE s (t) can be tapped.
  • the shaft voltage is tapped over the resistor 12, and for the tapping of the wave current is in turn in front of the earth 8, a measuring resistor 18 is provided, in which over the voltage drop occurring above the wave current I DE s (t) can be calculated and written.
  • This information is also transmitted via a coaxial cable to the analysis unit 7.
  • the measurement of wave voltages respectively wave current at the two modules 5 and 6 allows the coarse localization of spark activity by comparing the values.
  • the measured shaft voltage as a function of time, U s (t), respectively, the measured wave current as a function of time, I s (t) now contains information about various, usually unwanted spark activities of the electric machine.
  • U s (t) the measured shaft voltage as a function of time
  • I s (t) the measured wave current as a function of time
  • the commutation signals which could cover the useful signal as interference signals, are usually rather low-frequency. In addition, so further interference can be suppressed.
  • the filtering also makes it possible in particular to observe spark activities in the period of the thyristor pulses.
  • This bandpass filter 21 is a band-selective receiver, demodulator and amplifier which is steep-edged and adjustable. Adjustable means that it can sweep a frequency range from 20 kHz to 40 MHz, the center frequency being displaceable, with a bandwidth of e.g. 300kHz. As a lower limit in the context mentioned here, at least 20 kHz prove to be possible, with interference signals on the payloads relevant here typically can only be significantly excluded above 500 kHz.
  • the signal sent through the bandpass filter 21 is then sampled and digitized in the unit 22, usually with at least 200 kHz sampling frequency.
  • the signal can then be examined for the characteristic spikes directly in the time domain, as indicated in the figure by the reference numeral 24 become.
  • the corresponding time signal can here also be mixed with a carrier signal (carrier) and Fourier transform (FFT).
  • carrier signal is also suitable here, for example, the network frequency, which may need to be tapped directly from the network or at a suitable other location.
  • the data shown in the frequency domain are indicated by the reference numeral 23 in the figure.
  • the input signal Us (t) (typically in the range of less than 3V) or Is (t) is first digitized in an analog-to-digital converter (ADC) with a sampling frequency (sampling rate) of typically 200 kHz and then this digitized time signal U s (t) respectively.
  • ADC analog-to-digital converter
  • I s (t) Fourier-transformed in sections.
  • the present method is particularly suitable for the long-term observation of the behavior of electrical systems.
  • the gradual slow change in the behavior of the spark activities can be used to identify any need for revision, and appropriate revisions can be planned and executed become.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von Funkenaktivität einer elektrischen Maschine, insbesondere von Bürstenfeuer, und z.B. dabei auftretende Funkenerosion an Schleifringen, und/oder von Funkenüberschlägen zwischen Teilen der Wellenlager, wie z.B. um Wellenerosionsfunken.
    • STAND DER TECHNIK
  • Funkenaktivität an elektrischen Maschinen, die z.B. in Form von Bürstenfeuer bei Generatoren mit Schleifringen, über die der Erregungsstrom geführt wird, oder in Form von Funkenüberschlägen zwischen Teilen der Wellenlager auftritt, ist üblicherweise äusserst kritisch, da die Gefahr von Funkenerosion besteht. Derartige Funkenaktivität führt zu einer schnellen Abnützung von Schleifringen und damit zu einem möglichen frühzeitigen Ausfall der Kontakte und damit des Erregerfeldes und so der gesamten elektrischen Maschine. Funkenerosion an den Wellenlagern führt zu einer Schädigung der Lager und den damit verbundenen Problemen der Laufruhe respektive von Abnützung. Entsprechend besteht ein grosses Bedürfnis, Funkenaktivität an elektrischen Maschinen zu überwachen respektive rechtzeitig zu erkennen, um im Falle von schädlicher derartiger Aktivität schnell eingreifen zu können, respektive um gegebenenfalls mit Hilfe von Langzeitüberwachung vor Auftreten von schädlicher Funkenaktivität bereits entsprechende Schritte unternehmen zu können.
  • So beschreiben z.B. die US 3,653,019 , die US 4,058,804 , die US 4,163,227 sowie die US 4,451,786 Verfahren respektive Messgeräte zur Überwachung von Bürstenfeuer. Bei diesen Geräten werden die Signale zur Überwachung direkt an den Bürsten abgegriffen. Das Hauptanliegen dieser Schriften ist es, die von Bürstenfeuer verursachten (Nutz)-Signaie von (Stör)-Signalen zu unterscheiden. Zur Beobachtung der Signale müssen diesen Schriften entsprechend spezifische Abgreifstellen an den Bürsten vorgesehen werden. In diesem Zusammenhang sei z.B. besonders auf die US 4,058,804 hingewiesen, in welcher in Fig. 2A typische, in diesem Zusammenhang relevante Signale und deren Zusammensetzung aus Nutzsignal und Störsignal im Detail angegeben sind. Die Störsignale sind dabei Störsignale, welche von der statischen Erregungseinrichtung stammen, und welche in einem ähnlichen Frequenzbereich auftreten, wie die Nutzsignale. Zur Unterdrückung der Störsignale wird dabei im wesentlichen eine so genannte "Gating"-Methode verwendet, d.h. eine Methode, bei welcher die spezifisch erkennbaren und periodisch auftretenden Ausschläge des Störsignals (Spikes) genutzt werden, um das Störsignal von der Detektion fernzuhalten (blanking) respektive um das eigentliche Beobachtungsfenster erst nach einer bestimmten Zeit nach dem Auftreten des Störsignals (zur Verhinderung eines Erfassens des mit den Störsignalen verbundenen Nachschwingens, auch mit "ringing" bezeichnet) zu öffnen.
  • Weiterhin sei die US 4,577,151 genannt, in welcher Bürstenfeuer über die Anordnung einer spezifisch dazu vorzusehenden Antenne erfasst werden. Die Antenne wird dabei in der Nähe der Schleifringe angeordnet. Die von der Antenne empfangenen hochfrequenten Signale werden einem Hochfrequenzverstärker zugeführt, demoduliert und anschliessend einem Detektor zugeführt, wo sie auf für Bürstenfeuer charakteristische Komponenten analysiert werden. In dieser Schrift wird auch auf ein älteres System verwiesen, bei dem eine Kamera verwendet wird, um die Lichtblitze von Funken aufzunehmen.
  • Die Vorrichtungen zur Detektion von Funkenaktivität gem. Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass infolge der Auskoppelung direkt an den Bürsten spezielle Koppeleinrichtungen (z.B. hochzuverlässige Kondensatoren) eingebaut werden müssen, zusammen mit entsprechenden Ableitungen. Auch die Verwendung einer Antenne erfordert die zur Verfügungsstellung eines speziellen Bauteils, welches ausserdem in geeigneter Weise eingebaut werden muss. Problematisch im Zusammenhang mit dem für die Unterdrückung der Störsignale verwendeten "Gating" ist die Tatsache, dass im Zeitbereich der Störaustastung nicht gemessen werden kann. Dieser Bereich kann einen erheblichen Teil der verfügbaren Gesamtzeit ausmachen.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren respektive eine Vorrichtung zur Erfassung der Funkenaktivität einer elektrischen Maschine zur Verfügung zu stellen, welche über eine hohe Empfindlichkeit verfügt und dabei konstruktiv einfach und billig zu realisieren ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird dadurch erreicht, dass zur Erfassung der Funkenaktivität die Wellenspannung und/oder der Wellenstrom gemessen und analysiert wird, wie es auf andere weise in US3831160 vorgeschlagen wird.
  • Wie zum Beispiel in der Druckschrift EP-A1-0 271 678 und der späteren Druckschrift DE-A1-1997 42 622 beschrieben, können an der Generatorwelle eines Generators, der üblicherweise Teil einer Turbogruppe ist, aus verschiedenen Gründen Wellenspannungen und Wellenströme auftreten, deren Frequenzspektrum vom Gleichstrom bis zu Frequenzen reicht, die mit der Rotationsfrequenz des Generators, aber auch mit den Frequenzen eines statischen Erregungssystems des Generators zusammenhängen.
  • Die Wellenspannungen respektive Wellenströme können auf Grund magnetischer Asymmetrien der Umgebung der Generatorwelle, auf Grund von elektrostatischen Aufladungen der Generatorwelle, auf Grund von äusseren elektrischen Feldern, die Wellenspannungen kapazitiv in die Generatorwelle einkoppeln, oder auf Grund von magnetischen Remaneszenzen in der rotierenden Welle sowie auf Grund von Restmagnetisierung (herstellungsbedingt) der Welle zu Stande kommen.
  • Die Wellenspannungen und Wellenströme stellen grundsätzlich eine Gefahr für verschiedene Komponenten des Generators dar und können zu Schäden am Generator führen, wenn sie nicht auf ein tolerierbares Mass reduziert werden. Hierzu wurden in der Vergangenheit an der Generatorwelle spezielle Vorkehrungen getroffen, indem beispielsweise auf der Nichtantriebsseite des Generators Isolierstrecken eingebaut und die Generatorwelle auf der Antriebsseite über Bürsten mit dem Erdpotential verbunden wurde. Um diese Bürsten zu entlasten, wurde auch vorgeschlagen, die Generatorwelle an der Nichtantriebsseite mittels eines Gleitkontaktes über eine Kapazität wechselspannungsmässig an das Erdpotential anzukoppeln.
  • Die Wellenspannungen und Wellenströme können aber auch zur Überwachung der Funktionssicherheit und Funktionstüchtigkeit der Wellenerdung herangebogen werden. Die eingangs genannte Druckschrift EP-A1-0 271 678 gibt dazu eine Überwachungs- und Auswerteschaltung an, die auf der Nichtantriebsseite des Generators durch Parallelschaltung eines Widerstandes zur Ableitungskapazität einen Gleichstrompfad schafft und maschinentypische Frequenzkomponenten in den durch diesen Pfad fliessenden Strömen auswertet. Die RC-Kombination ergibt eine zuverlässige Verbindung zwischen Welle und Erdpotential, welche sowohl statische Aufladungen als auch niederfrequente und höherfrequente Spannungen auf für die Wellenlager ungefährliche Beträge reduziert und eventuelle Ströme in den Lagern auf ungefährliche Werte begrenzt. Durch das Einfügen des Parallelwiderstandes erhält man dann sogar eine Redundanz zur ohmschen Erdung auf der Antriebsseite.
  • Ein anderer Vorschlag ( DE-A1-197 42 622 ) geht dahin, auf der Antriebsseite den durch eine Erdungsstrecke der Generatorwelle fliessenden Wellenstrom zu messen und eine Frequenz des Wellenstromes zu bestimmen, aus der dann die Ursache des Wellenstromes abgeleitet wird.
  • Der Kern der Erfindung besteht nun aber in der Erkenntnis, dass der Wellenstrom respektive die Wellenspannung nicht nur die obengenannte Information gemäss der EP-A1-0 271 678 über die Funktionstüchtigkeit und die Funktionssicherheit der Wellenerdung oder auch die Information gemäss der ausserdem zu nennenden EP-A2-0 391 181 über Rotorwindungsschlüsse enthält, sondern dass in diesen Signalen ausserdem eine Information über die Funkenaktivität der elektrischen Maschine enthalten ist. Entsprechend ist es möglich, auf die üblicherweise für die Messung derartiger Funkenaktivität speziell vorzusehende Vorrichtungen zu verzichten, und Wellenspannung respektive Wellenstrom mit den gegebenenfalls bereits vorhandenen Geräten zur Erdung, zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit oder der Rotorwindungsschlüsse zu messen und aus den dabei erhaltenen Daten Rückschlüsse über Funkenaktivitäten der Maschine zu machen. Die Messung von Wellenstrom und/oder Wellenspannung ist dabei eine empfindliche und für Langzeitbeobachtungen sehr geeignete Methode zur Ermittlung von derartigen Funkenaktivitäten.
  • Grundsätzlich ergibt sich daraus der Vorteil, dass die Messung aller Funkenaktivitäten an der Welle (Wellenfunken) möglich wird, z.B. Entladungen über der Lagerschale, und somit nicht nur ein spezifischer Typ von Funkenaktivität gemessen werden kann.
  • Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens handelt es sich bei der Funkenaktivität um Bürstenfeuer, d.h. um Funken an den Schleifringen, und/oder um Funkenüberschläge zwischen Teilen der Wellenlager, insbesondere um Wellenerosionsfunken. Dabei kann nicht nur die Anwesenheit eines spezifischen Typs von Funkenaktivitäten festgestellt werden, sondern auch deren zeitliche Abfolge und Stärke. Insbesondere bevorzugt wird dabei zur Analyse von Wellenspannung und/oder Wellenstrom das Signal als Funktion der Zeit gemessen und aufgezeichnet, und als Funktion der Zeit analysiert.
  • Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Messung von Wellenspannung und/oder Wellenstrom derart, dass an einer ersten Stelle der Welle eine niederohmige Erdung vorgesehen ist, und dass an einer zweiten Stelle der Welle ein hochohmiges RC-Modul vorgesehen ist, über welchem RC-Modul Wellenspannung und/oder Wellenstrom abgegriffen und in einer Analyseeinheit analysiert werden.
  • Um ausserdem eine Lokalisierung der Aktivität entlang der Welle zu ermöglichen, ist es weiterhin bevorzugt möglich, dass zusätzlich zur Messung der Wellenspannung und/oder des Wellenstroms über das RC-Modul die Wellenspannung und/oder der Wellenstrom über der niederohmigen Erdung abgegriffen und in der Analyseeinheit analysiert werden.
  • Da es sich bei den durch Funkenaktivität bedingten Signalen mehrheitlich um Signale im Frequenzbereich oberhalb von wenigstens 500 kHz, üblicherweise sogar oberhalb von 700 kHz oder sogar oberhalb von 1 MHz handelt, können nicht mit Funkenaktivität zusammenhängende weitere Signale dadurch eliminiert werden, dass das oder gegebenenfalls die mehreren, der Analyseeinheit zugeführten Signale vor der Analyse durch einen Signalfilter (Hochpass-Filter) geleitet werden. Es handelt es sich bei diesem Filter bevorzugtermassen um einen einstellbaren, steilflankigen Bandpass-Filter, der insbesondere bevorzugt einen Durchlassbereich von ca. 500 kHz Breite aufweist und dessen Mittenfrequenz auf etwas 500kHz bis 50 MHz abgestimmt werden kann.
  • Dabei wird bevorzugt das resultierende Signal (Spannung oder Strom) in Bezug auf darin enthaltene Frequenzmodulationen und/oder Amplitudenmodulationen untersucht. Bevorzugtermassen wird das Signal dabei nach Demodulation respektive Heruntermischen des Signals mit einer Trägerfrequenz, in Relation zur Netzperiode oder drehsynchron mit der Welle betrachtet (phasenaufgelöste Messung). Auf diese Weise können drehsynchrone Rattermarken der Erregerbürstenbrücke oder Streifstellen detektiert werden.
  • Gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Messung von Wellenspannung respektive Wellenstrom mit einer Messung von Teilentladungen an den Phasenklemmen koordiniert. Dies erlaubt eine ganzheitliche Analyse der Situation in Bezug auf Funkenaktivität, wobei insbesondere die Lokalisierung der Funkenaktivität vereinfacht wird. Der kausale Zusammenhang zwischen der Aktivität an den Phasenklemmen und der Funkenaktivität kann so einfach hergestellt werden, und es ist möglich, Impulse von Teilentladungen in der Statorwicklung von Funkenaktivitäten an der Welle zu unterscheiden, oder die Teilentladungsmessung zu ergänzen.
  • Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das Signal nach Passieren eines Hochpass-Filters, wie er oben genannt ist, abgetastet und digitalisiert. Anschliessend wird entweder das Zeitsignal, gegebenenfalls nach angepasstem Gating zur Unterdrückung von Störsignalen, auf für Funkenaktivität charakteristische Spitzen analysiert, oder vom Signal werden jeweils Abschnitte fouriertransformiert und entsprechende charakteristische Merkmale im Frequenzspektrum analysiert. Üblicherweise handelt es sich bei den Störsignalen um Thyristorpulse infolge der Gleichrichtung der Erregungsspannung des Generators, welche ebenfalls im hochfrequenten Bereich auftreten können, und welche insbesondere ausserdem zu einem ebenfalls störenden Nachschwingen (ringing) führen können.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ausserdem eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wie es oben beschrieben wurde. Die Vorrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Wellenspannung über einen Schleifkontakt, vorzugsweise über die vorhandene(n) Erdungseinrichtung(en) abgegriffen wird. Der Hochfrequenz-Anteil des Signals wird mittels Koppelimpedanzen ausgekoppelt und weiterverarbeitet.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist an einer ersten Stelle der Welle eine nieder ohmige Erdung der Welle, und an einer zweiten Stelle der Welle ein hochohmiges RC-Modul vorgesehen. Über das RC-Modul werden Wellenspannung und/oder Wellenstrom abgegriffen und in einer Analyseeinheit auf Komponenten analysiert, welche für Funkenaktivität der Welle charakteristisch sind. Um eine genauere Lokalisierung der Funkenaktivität zu ermöglichen, ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die niederohmige Erdung über einen niederohmigen Widerstand zur Kontaktvorrichtung an die Welle und über einem hochohmigen Widerstand zur Erde verfügt, wobei parallel zum hochohmigen Widerstand eine Sicherung angeordnet ist. Zusätzlich zur Messung der Wellenspannung und/oder des Wellenstroms über dem RC-Modul werden die Wellenspannung und/oder der Wellenstrom über der niederohmigen Erdung abgegriffen und in der Analyseeinheit analysiert.
  • Da es sich bei Signalen aufgrund der Funkenaktivität üblicherweise um hochfrequente Signale handelt, kann ausserdem bevorzugtermassen die Analyseeinheit über einen Hochpass-Filter verfügen, durch welchen das oder gegebenenfalls die mehreren, der Analyseeinheit zugeführten Signale vor der Analyse hindurchgeschickt werden. Die Charakteristik des Hochpass-Filters sollte dabei einstellbar und steilflankig sein, wobei insbesondere bevorzugt ein Durchlassbereich mit einer einstellbaren unteren Grenze von 20 kHz bis 1 MHz respektive bis 5 MHz, sowie eine obere Grenze im Bereich von 40 MHz vorliegen sollte (z.B. Bandpass mit ca. 300 kHz Bandbreite, durchstimmbar).
  • An der Stelle der eigentlichen Messung am RC-Modul erweist es sich als vorteilhaft, wenn das RC-Modul über eine Sicherung zur Kontaktvorrichtung an die Welle und zur Erde über eine oder mehrere parallel angeordnete Kapazitäten sowie parallel dazu über einen Widerstand verfügt, wobei gegebenenfalls zwischen Erde und Kapazität respektive Widerstand ein Messwiderstand (shunt-resistance) angeordnet ist, und wobei die Wellenspannung über der einen oder mehreren Kapazität und der Wellenstrom über dem Messwiderstand abgegriffen werden.
  • Dabei wird bevorzugtermassen die gemessene Wellenspannung respektive der gemessene Wellenstrom als Funktion der Zeit detektiert und einer Analysevorrichtung zugeführt, wobei die Analysevorrichtung Mittel zur Digitalisierung des Signals (Spannung, Strom), Mittel zur Fouriertransformation dieses digitalisierten Signals, sowie Mittel zur spektralen Darstellung der transformierten Daten aufweist, wobei insbesondere bevorzugt zusätzlich numerisch nach bestimmten Kriterien die Anwesenheit, Art und Intensität von Funkenaktivität automatisch bestimmt und vereinfacht dargestellt wird. Bei den Kriterien handelt es sich dabei um charakteristische Signale im Zeitbereich oder um charakteristische spektrale Eigenschaften der einzelnen Aktivitäten.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen der efindungsgemässen Vorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
    • KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung von Wellenspannung Us(t) respektive Wellenstrom Is(t) als Funktion der Zeit (t).
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage, bei welcher zwei Turbinen 1 auf den beiden Seiten eines Generators 4 angeordnet sind, wobei die beiden Turbinen 1 wie auch der Generator 4 auf einer einzigen gemeinsamen Welle 2 angeordnet sind. Die zwei Turbinen sind dabei nur beispielhaft zu verstehen, es ist auch möglich, dass nur eine Turbine angeordnet ist. Um den Generator 4 z.B. beim Hochfahren von den Turbinen 1 trennen zu können, sind üblicherweise Kupplungen vorgesehen, welche eine mechanische Entkopplung der Turbinen 1 vom Generator 4 erlauben.
  • Die Welle 2 ist auf wenigstens zwei Wellenlagern 3 gelagert. Die in den Lagern 3 vorliegenden Ölfilme isolieren die Welle 2 von den mit der Erde in Verbindung stehenden Lagern 3. Diese Isolation bricht aber häufig bei Spannungsspitzen auf der Welle 2 zusammen, was zu Problemen mit Elektroerosion führen kann. Ebenfalls an der Welle 2 befinden sich die Schleifringe 20, über welche die Speisung für die Erregerspulen eingekoppelt wird.
  • Wie bereits eingangs erwähnt, treten an einer derartigen Welle eines Generators 4 aus verschiedenen Gründen Wellenspannungen und Wellenströme auf, deren Frequenzspektrum vom Gleichstrom bis zu Frequenzen reicht, die mit der Rotationsfrequenz des Generators, aber auch mit den Frequenzen eines statischen Erregungssystems des Generators zusammenhängen.
  • Die Wellenspannungen respektive Wellenströme kommen unter anderem aufgrund magnetischer Asymmetrien der Umgebung der Welle 2, aufgrund von elektrostatischen Aufladungen der Welle 2, auf Grund von äusseren elektrischen Feldern, die Wellenspannungen kapazitiv in die Welle 2 einkoppeln, oder aufgrund von magnetischen Remanenzen in der rotierenden Welle 2, sowie aufgrund von Restmagnetisierung (herstellungsbedingt) der Welle 2 zu Stande.
  • Die Wellenspannungen, üblicherweise und im folgenden als Us bezeichnet, und Wellenströme, üblicherweise und im folgenden als. Is bezeichnet, stellen grundsätzlich eine Gefahr für verschiedene Komponenten des Generators dar und können zu Schäden am Generator führen, wenn sie nicht auf ein tolerierbares Mass reduziert werden. Erfindungsgemäss wird nun aber die Wellenspannung respektive der Wellenstrom zur gezielten Analyse und Erfassung von Funkenaktivitäten der elektrischen Maschine verwendet.
  • Dazu wird auf der einen Seite des Generators 4 eine niederohmige Erdung 5, z.B. ein so genanntes DE-Modul (Driving End Module) an der Welle 2 angeschlossen, welches im wesentlichen eine gesicherte Erdung der Welle 2 zur Erde 8 gewährleistet. Auf der anderen Seite des Generators 4 wird ein so genanntes RC-Modul 6 (R für Widerstand, C für Kapazität), welches mit einer Analyseeinheit 7 verbunden ist, einerseits mit der Welle 2 verbunden und andererseits auf Erde 9 gelegt.
  • Das DE-Modul 5 ist über eine Kontaktvorrichtung 10 mit der Welle 2 verbunden. Bei der Kontaktvorrichtung 10 handelt es sich vorzugsweise um ein Cu-Geflecht, welches schleifend mit der Welle 2 in elektrischem Kontakt steht. Das DE-Modul 5 ist niederohmig zur Erde 8 ausgebildet, indem zwischen Kontaktvorrichtung 10 und Erde 8 zunächst ein niederohmiger Widerstand 12 geschaltet ist. Typischer weise weist der Widerstand 12 einen Wert R im Bereich von 1 bis 50 Ohm auf. Damit gewährleistet das DE-Modul 5 zunächst eine niederohmige Erdung der Welle 2. Um nun zu verhindern, dass gegebenenfalls unerwünschte, an der Welle 2 anliegende hohe Ströme direkt niederohmig zur Erde 8 abfliessen können, ist in Serie zum Widerstand 12 eine Sicherung 14 parallel zu einem zweiten, hochohmigen Widerstand 13 angeordnet. So wird sichergestellt, dass für den Fall einer ungewollten Stromspitze an der Welle 2 keine niederohmige Verbindung zur Erde 8 vorliegt, da der Strom dann durch den Widerstand 13 begrenzt ist. Typischerweise handelt es sich bei der Sicherung 14 z.B. um eine Sicherung des Typs 2A/250V träge, welche von aussen leicht ersetzt werden kann, und der Widerstand 13 weist einen Wert R im Bereich von 100 bis 1000 Ohm auf. Bei Auftreten von derartigen Spitzen wird die Sicherung 14 entsprechend trennen, wodurch nun der hochohmige Widerstand 13 den Gesamtwiderstand zwischen Welle 2 und Erde 8 entscheidend bestimmt. Ausserdem ist eine als Kondensator ausgebildet Kapazität 19 parallel zum Widerstand 13 angeordnet.
  • Auf der anderen Seite des Generators 4 ist das RC-Modul 6 angeordnet. Dieses verfügt ebenfalls zur Welle 2 über eine Kontaktvorrichtung 11, welche wiederum bevorzugt in Form eines Cu-Geflechts, welches in elektrischem Kontakt mit der Welle 2 steht, ausgebildet ist. Das RC-Modul 6 weist zunächst zur Welle eine Sicherung 15 auf, üblicherweise eine Sicherung des Typs 2A träge (auch hier dient die Sicherung zum Schutz vor hohen Strömen), und in Serie dazu einen Widerstand 16, zu welchem parallel eine ebenfalls als Kondensator ausgebildete Kapazität 17 angeordnet ist. Ganz allgemein weist der parallel zur Kapazität 17 angeordnete Widerstand 16 einen Wert R von im Bereich von 100 bis 10000 Ohm auf. Die Kapazität 17 weist einen Wert C typischerweise im Bereich von 1 bis 30 µF auf.
  • Über der Kapazität 17 respektive über dem Widerstand 16 wird nun die Wellenspannung URc s(t) als Funktion der Zeit abgegriffen, und über Koaxialkabel der Analyseeinheit 7 übergeben. Zwischen der Erdung 9 und der parallelen Anordnung von Widerstand 16 und Kapazität 17 befindet sich ausserdem ein Messwiderstand 18 (shunt resistance), bei welchem über den darüber auftretenden Spannungsabfall der Wellenstrom IRC s(t) berechnet und mitgeschrieben werden kann. Auch diese Information wird über ein Koaxialkabel an die Analyseeinheit 7 übergeben.
  • Auch über dem DE-Modul 5 können Wellenspannung UDE s(t) sowie IDE s(t) abgegriffen werden. Die Wellenspannung wird dabei über dem Widerstand 12 abgegriffen, und für das Abgreifen des Wellenstroms ist ausserdem wiederum vor der Erde 8 ein Messwiderstand 18 vorgesehen, bei welchem über den darüber auftretenden Spannungsabfall der Wellenstrom IDE s(t) berechnet und mitgeschrieben werden kann. Auch diese Information wird über ein Koaxialkabel an die Analyseeinheit 7 übergeben.
  • Die Messung von Wellenspannungen respektive Wellenstrom an den zwei Modulen 5 und 6 erlaubt durch den Vergleich der Werte die grobe Lokalisierung von Funkenaktivität.
  • Die gemessene Wellenspannung als Funktion der Zeit, Us(t), respektive der gemessene Wellenstrom als Funktion der Zeit, Is(t) enthält nun Informationen über verschiedene, üblicherweise unerwünschte Funkenaktivitäten der elektrischen Maschine. So misst man an diesen Messgrössen ähnliche Signale, wie sie über eine direkte an Kopplung an die Bürsten oder über die Verwendung einer Antenne, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Die Auswertung von Wellenstrom respektive Wellenspannung erlaubt die frühzeitige Diagnose sowohl von Bürstenfeuer (und damit verbundener Funkenerosion) an den Schleifringen 20, welches sich in Signalen äussert, wie sie beispielsweise in der US 4,163,227 beschrieben und dargestellt sind. Zusätzlich ist aber auch weitere Funkenaktivität an der Welle 2 diagnostizierbar, so z.B. Funkenerosion an den Lagern 3. In beiden Fällen handelt es sich um charakteristische Ausschläge (Spikes) in der Wellenspannung respektive im Wellenstrom. Da es sich bei diesen für Funkenaktivität typischen Signalen um hochfrequente Signale, d.h. um Signale im Frequenzbereich von typischerweise oberhalb 500 kHz handelt, erweist es sich als vorteilhaft, Wellenspannungen respektive Wellenstrom vor der eigentlichen Analyse in der Auswertungseinheit 22 durch einen als Bandpass ausgebildeten Signalfilter 21 zu führen. Die Kommutierungssignale (Thyristorpulsen), welche als Störsignale das Nutzsignal überdecken könnten, sind üblicherweise eher niederfrequent. Ausserdem können so weitere Störsignale unterdrückt werden. Durch die Filterung wird insbesondere auch ermöglicht, im Zeitraum der Thyristorpulse Funkenaktivitäten zu beobachten.
  • Bei diesem Bandpass-Filter 21 handelt es sich um einen bandselektiven Empfänger, Demodulator und Verstärker, welcher steilflankig und einstellbar ist. Einstellbar heisst, dass er einen Frequenzbereich von 20 kHz bis 40 MHz überstreichen kann, wobei die Mittenfrequenz verschiebbar ist, mit einer Bandbreite von z.B. 300kHz. Als untere Grenze im hier genannten Zusammenhang erweisen sich mindestens 20 kHz als möglich, wobei Störsignale auf den hier relevanten Nutzsignalen typischerweise erst oberhalb von 500 kHz wesentlich ausgeschlossen werden können.
  • Das durch den Bandpass-Filter 21 geschickte Signal wird anschliessend in der Einheit 22 üblicherweise mit wenigstens 200 kHz Abtastfrequenz abgetastet und digitalisiert. Das Signal kann dann auf die charakteristischen Spikes direkt im Zeitbereich, wie dies in der Figur mit dem Bezugszeichen 24 angegeben ist, untersucht werden. Ausserdem ist es möglich, das Signal in Relation zur Netzfrequenz µNetz, darzustellen um Periodizitäten im Zusammenhang mit der Rotation der Welle zu erkennen (Phasenauflösung).
  • Als geeignet für die Analyse erweist sich ausserdem die Analyse mit Hilfe einer Fouriertransformation des Zeitsignals Us(t) oder Is(t). Zur Erhöhung der Messgenauigkeit respektive zur Vereinfachung der Filterung der Eingangsdaten kann das entsprechende Zeitsignal auch hier mit einem Trägersignal (Carrier) gemischt werden und fouriertransformiert (FFT) werden. Als Trägersignal eignet sich auch hier z.B. die Netzfrequenz, welche dazu gegebenenfalls direkt vom Netz oder an einem geeigneten anderen Ort abgegriffen werden muss. Die im Frequenzbereich dargestellten Daten sind in der Figur mit dem Bezugszeichen 23 angegeben.
  • Das Eingangssignal Us(t) (typischerweise im Bereich von weniger als 3V) respektive Is(t) wird zunächst in einem Analog-Digital-Wandler (ADC) mit einer Abtastfrequenz (Samplingrate) von typischerweise 200 kHz digitalisiert und anschliessend dieses digitalisierte Zeitsignal Us(t) respektive. Is(t) abschnittsweise fouriertransformiert.
  • Zu beachten ist in diesem Zusammenhang ausserdem, dass sich die vorliegende Methode ganz besonders zur Langzeitbeobachtung des Verhaltens von elektrischen Anlagen eignet So kann aus der graduellen langsamen Veränderung des Verhaltens der Funkenaktivitäten auf gegebenenfalls vorhandenen Revisionsbedarf geschlossen werden, und es können gezielt entsprechende Revisionen geplant und durchgeführt werden.
    • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 1
    Turbine
    2
    Welle
    3
    Wellenlager
    4
    Generator
    5
    niederohmige Erdung (Driving End Module, DE-Modul)
    6
    RC-Modul (hochohmig)
    7
    Analyseeinheit
    8
    Erdung von 5
    9
    Erdung von 6
    10
    Kontaktvorrichtung von 5
    11
    Kontaktvorrichtung von 6
    12
    niederohmiger Widerstand
    13
    hochohmiger Widerstand
    14
    Sicherung
    15
    Sicherung
    16
    Widerstand
    17
    Kapazität
    18
    Messwiderstand (Shunt resistance)
    19
    Kapazität
    20
    Schleifringe
    21
    Signalfilter, Bandpass-Filter
    22
    Auswertungseinheit
    23
    Frequenzspektrum
    24
    Signal als Funktion der Zeit
    URC s(t)
    Wellenspannung an der RC-Einheit
    IRC s(t)
    Wellenstrom an der RC-Einheit
    UDE s(t)
    Wellenspannung an der DE-Einheit
    IDE s(t)
    Wellenstrom an der DE-Einheit
    µNetz
    Netzfrequenz

Claims (15)

  1. Verfahren zur Erfassung von Funkenaktivität einer elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung von Bürstenfeuer und/oder Funkenüberschläger zwischen Teilen der Wellenlager die Wellenspannung (Us(t)) und/oder der Wellenstrom (Is(t)) gemessen und analysiert wird indem an einer ersten Stelle der Welle (2) eine niederohmige Erdungseinrichtung (5) vorgesehen ist, in welcher niederohmigen Erdungseinrichtung (5) die Wellenspannung (UDE s(t)) und/oder der Wellenstrom (IDE s(t)) jeweils über einem Widerstand (12,13,18) abgegriffen und in einer Analyseeinheit (7) analysiert werden, und an einer zweiten Stelle der Welle (2) eine hochohmige Erdungseinrichtung in Form eines RC-Moduls (6) vorgesehen ist, in welchem RC-Modul (6) Wellenspannung (URC s(t)) und/oder Wellenstrom (IRC s(t)) jeweils über einem Widerstand (16,18) abgegriffen und in der Analyseeinheit (7) analysiert werden, wobei die der Analyseeinheit (7) zugeführten Signale von Wellenspannung und/oder Wellenstrom (IDE s(t)) (UDEs(t),IDE s(t),URC s(t),IRC s(t)) vor der Analyse durch einen einstellbaren, steilflankigen Bandpass-Filter (21) geführt werden, welcher Bandpass-Filter (21) einen Durchlassbereich im Bereich von 500kHz aufweist und dessen Mittenfrequenz auf im Bereich von 500 kHz bis 50 MHz abgestimmt werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Bürstenfeuer um dabei auftretende Funken an Schleifringen handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Funkenüberschlägen zwischen Teilen der Wellenlager um Wellenerosionsfunken handelt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse Wellenspannung (Us(t)) und/oder Wellenstrom (Is(t)) als Funktion der Zeit (t) gemessen werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wellenspannung (Us(t)) und/oder Wellenstrom (Is(t)) über wenigstens eine Kontaktvorrichtung (10,11) in Form eines Schleifkontakts von der Welle (2) abgegriffen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bandpass-Filter (21) ein Amplitudendemodulator nachgeschaltet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Analyse der Signale von Wellenspannung (Us(t)) und/oder Wellenstrom (Is(t)) das entsprechende Signal (Us(t), Is(t)) in Bezug auf darin enthaltene Frequenzmodulationen und/oder Amplitudenmodulationen untersucht wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (Us(t), Is(t)) phasensynchron zur Netzspannung demoduliert wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung von Wellenspannung (Us(t)) respektive Wellenstrom (Is(t)) mit einer Messung von Teilentladungen an den Phasenklemmen koordiniert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (Us(t),Is(t)) nach Passieren des Bandpass-Filters (21) abgetastet und digitalisiert wird, und anschliessend entweder das Zeitsignal, gegebenenfalls nach angepasstem Gating zur Unterdrückung von Störsignalen, auf für Bürstenfeuer und/oder Funkenüberschläge zwischen Teilen der Wellenlager charakteristische Spitzen analysiert wird, oder vom Signal jeweils Abschnitte fouriertransformiert werden und entsprechende charakteristische Merkmale im Frequenzspektrum analysiert werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Störsignalen insbesondere um Thyristorpulse infolge der Gleichrichtung der Erregung des Generators (4) handelt.
  12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüchen 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
    an einer ersten Stelle der Welle (2) eine niederohmige Erdungseinrichtung (5) vorgesehen ist, in welcher niederohmigen Erdungseinrichtung (5) die Wellenspannung (UDE s(t)) und/oder der Wellenstrom (IDE s(t)) jeweils über einem Widerstand (12,13,18) abgegriffen und in einer Analyseeinheit (7) auf Komponenten analysiert werden, welche für Bürstenfeuer und/oder Funkenüberschläge zwischen Teilen der Wellenlager charakteristisch sind, dass
    an einer zweiten Stelle der Welle (2) eine hochohmige Erdungseinrichtung in Form eines RC-Moduls (6) vorgesehen ist, in welchem RC-Modul (6) Wellenspannung (URc s(t)) und/oder Wellenstrom (IRC s(t)) jeweils über einem Widerstand (16,18) abgegriffen und in der Analyseeinheit (7) auf Komponenten analysiert werden, welche für Bürstenfeuer und/oder Funkenüberschläge zwischen Teilen der Wellenlager charakteristisch sind,
    und dass die Analyseeinheit (7) über einen einstellbaren, steilflankigen Bandpass-Filter (21) verfügt mit einem Durchlassbereich im Bereich von 500kHz dessen Mittenfrequenz auf im Bereich von 500 kHz bis 50 MHz abgestimmt werden kann, durch welchen Bandpass-Filter (21) die der Analyseeinheit (7) zugeführten Signale von Wellenspannung und/oder Wellenstrom (UDE s(t),IDE s(t),URC s(t),IRC s(t)) vor der Analyse hindurchgeführt werden.
  13. Vorrichtung gemäss Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die niederohmige Erdungseinrichtung (5) über einen niederohmigen Widerstand (12) zu einer Kontaktvorrichtung (10) an die Welle (2) und über einen hochohmigen Widerstand (13) zur Erdung (8) verfügt, wobei parallel zum hochohmigen Widerstand (13) und mit diesem eine Parallelschaltung bildend eine Sicherung (14) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das RC-Modul (6) über eine Sicherung (15) zu einer Kontaktvorrichtung (11) an die Welle (2) und über eine oder mehrere parallel angeordnete Kapazitäten (17) sowie parallel dazu über einen Widerstand (16) zur Erdung (9) verfügt, wobei gegebenenfalls zwischen Erdung (9) und der Parallelschaltung von Kapazität(en) (17) und Widerstand (16) ein Messwiderstand (18) angeordnet ist, und wobei die Wellenspannung (Us(t)) über der einen Kapazität (17) oder der Mehrzahl von Kapazitäten (17), und/oder der Wellenstrom (Is(t)) über dem Messwiderstand (18) abgegriffen wird.
  15. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Wellenspannung (Us(t)) respektive der gemessene Wellenstrom (Is(t)) als Funktion der Zeit detektiert und der Analyseeinheit (7) zugeführt wird, wobei die Analyseeinheit (7) Mittel zur Digitalisierung des Signals (Us(t), Is(t)), Mittel zur Fouriertransformation dieses digitalisierten Signals, sowie Mittel zur spektralen Darstellung der transformierten Daten aufweist, wobei insbesondere bevorzugt zusätzlich numerisch nach bestimmten Kriterien die Anwesenheit, Art und Intensität von Funkenaktivität automatisch bestimmt und vereinfacht dargestellt werden.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH697269B1 (de) * 2004-08-12 2008-07-31 Alstom Technology Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Streifstellen an rotierenden Maschinen.
CH697214A5 (de) 2005-03-04 2008-06-25 Alstom Technology Ltd Gasgekühlter Generator.
DE102005027670A1 (de) * 2005-06-15 2007-01-11 Siemens Ag Anordnung und Verfahren zur Lagerstromüberwachung eines Elektromotors
CA2646560C (en) † 2006-03-17 2014-09-23 Vestas Wind Systems A/S Protection system for an electric generator, wind turbine and use hereof
DE102010002296A1 (de) * 2010-02-24 2011-08-25 Siemens Aktiengesellschaft, 80333 Auswertungsverfahren für Lichtbogenentladungen und zugehöriger Prüfstand
WO2011103883A1 (de) * 2010-02-24 2011-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur detektion von plasma-lagerströmen
WO2011107110A1 (de) 2010-03-01 2011-09-09 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur frühzeitigen erkennung der entstehung von schäden in einem lager
US20120319723A1 (en) * 2010-03-01 2012-12-20 Siemens Aktiengesellschaft Electric machine for which the grounding function is monitored and method
EP2395364A1 (de) * 2010-06-14 2011-12-14 Alstom Technology Ltd Verfahren zur Detektion der in einem elektrischen System erzeugten Teilentladung und elektrisches System mit einer Vorrichtung zur Detektion der darin erzeugten Teilentladungen
EP2420849B1 (de) 2010-08-20 2019-10-23 General Electric Technology GmbH Rogowski-Spulen-Anordnung
US8779928B2 (en) * 2012-05-03 2014-07-15 General Electric Company Systems and methods to detect generator collector flashover
CN103427397B (zh) * 2013-07-23 2015-12-23 大唐华银电力股份有限公司 发电机转子滑环起火保护方法及系统
RU2551429C1 (ru) * 2013-11-26 2015-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) Способ диагностики состояния коммутации коллекторных электрических машин
CA3062707C (en) * 2017-06-05 2023-03-14 Cutsforth, Inc. Monitoring system for grounding apparatus
DE102017125890A1 (de) * 2017-11-06 2019-05-09 Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Überwachung von Wälzlagern
JP7315498B2 (ja) 2020-02-27 2023-07-26 株式会社日本製鋼所 コロナ放電処理の試験方法およびその試験装置
CN112924766A (zh) * 2021-01-28 2021-06-08 江苏联能电力科学研究院有限公司 一种余热发电机组静电实时检测系统及方法
CN114217222A (zh) * 2021-11-09 2022-03-22 佛山科学技术学院 一种电机绝缘轴承运行状态监测方法及系统
CN115085485A (zh) * 2022-06-30 2022-09-20 苏州汇川联合动力系统有限公司 轴承电腐蚀抑制装置及电驱动系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3831160A (en) * 1973-10-01 1974-08-20 Gen Electric Voltage and current monitoring system
US4058804A (en) * 1976-03-11 1977-11-15 General Electric Company Signal monitoring system
JPS5812556A (ja) * 1981-07-14 1983-01-24 Hitachi Ltd 集電装置の火花監視装置
DE3543927A1 (de) * 1985-12-12 1987-06-19 Kraftwerk Union Ag Verfahren zur teilentladungserfassung und abreissfunkenmessung bei dynamoelektrischen hochspannungsmaschinen sowie einrichtung zu seiner durchfuehrung
CH674433A5 (de) * 1986-11-19 1990-05-31 Bbc Brown Boveri & Cie
DE19742622A1 (de) * 1997-09-26 1999-04-08 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Wellenströmen und Wellenspannungen in einer Generatorwelle

Also Published As

Publication number Publication date
EP1537428A2 (de) 2005-06-08
DE50311500D1 (de) 2009-06-18
WO2004025811A2 (de) 2004-03-25
CN1695065B (zh) 2010-05-05
CA2498105A1 (en) 2004-03-25
WO2004025811A3 (de) 2004-11-04
AU2003297598A1 (en) 2004-04-30
AU2003297598A8 (en) 2004-04-30
JP2005538674A (ja) 2005-12-15
CN1695065A (zh) 2005-11-09
CA2498105C (en) 2015-03-17

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